Ein Quark ist ein winziges theoretisches Teilchen, das im Atomkern aus Protonen und Neutronen besteht. Quarks bilden neben Gluonen auch exotischere Hadronen wie Mesonen, die nicht stabil sind. Sie wird theoretisch genannt, weil sie, obwohl angenommen, dass ihre Existenz eine bessere physikalische Theorie darstellt, nie direkt beobachtet wurde.
Zusammen mit Leptonen – Elektronen, Myonen, dem Tau und den dazugehörigen Neutrinos und Antiteilchen – bilden Quarks die gesamte sichtbare Materie im Universum. Sie sind die einzigen fundamentalen Teilchen, die durch alle vier fundamentalen Kräfte miteinander wechselwirken: starke Kernkraft, schwache Kernkraft, elektromagnetische Kraft und Gravitation. Eine grundlegende Eigenschaft dieser Teilchen ist Einschluss – alle Quarks bilden Hadronen und sind notwendigerweise nie unabhängig. Beschreibungen ihrer physikalischen Eigenschaften stammen aus der Quantenchromodynamik (QCD), der Theorie der starken Kernkraft, die den Atomkern zusammenhält.
Quarks lassen sich wie alle anderen subatomaren Teilchen erschöpfend durch drei Quantenzahlen beschreiben: Spin J, Parität P und Masse m. Da sie nie isoliert werden, müssen diese Eigenschaften durch Beobachtung der größeren Partikel, aus denen sie bestehen, abgeleitet werden. Es gibt sechs bekannte Typen: oben, unten, charmant, seltsam, oben und unten. Diese Namen sind rein willkürlich und sagen nichts über die Eigenschaften der einzelnen Quarks aus.
Die normale Materie, die den Großteil des Universums ausmacht, besteht aus Up- und Down-Quarks, den leichtesten Teilchen. Ein Proton besteht aus zwei Up- und einem Down-Quark, während ein Neutron aus zwei Down- und einem Up-Quark besteht.
Quarks haben unterschiedliche Massen, die in GeV (Giga-Elektronen-Volt) über der Lichtgeschwindigkeit im Quadrat gemessen werden. Subatomare Teilchen werden in Bezug auf die Energie, die sie produzieren, und nicht die Masse in Gramm gemessen. Das Down-Quark ist etwa doppelt so massiv wie das Up-Quark. Das Seltsame ist etwa 20-mal so massiv wie das Down-Quark. Das Charm-Quark ist etwa zehnmal so massiv wie dieses, gefolgt vom Bottom-Quark, das etwa dreimal so massiv ist wie das letzte, und schließlich dem Top-Quark, dem massivsten von allen. Zunehmende Masse tendiert dazu, der Knappheit des Teilchens zu entsprechen und erfordert exotischere physikalische Bedingungen für seine Manifestation.
Physiker suchen nach theoretisierter Quark-Materie, einem hypothetischen Gitter aus kontinuierlichen Quarks, die durch Gluonen verbunden sind. Es ist noch nicht bekannt, ob diese Art von Materie physikalisch möglich ist. Wenn ja, wäre es wahrscheinlich im Kern extrem kompakter Sterne zu finden, die noch nicht zu einem Schwarzen Loch kollabiert sind.